ĐỒ ÁN CẢM BIẾN QUANG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

ĐỒ ÁN CẢM BIẾN QUANG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA Ta đã biết, trong động cơ xăng muốn hoạt động được thì cần phải có 3 hệ thống chủ yếu là: hệ thống đánh lửa, hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống nạp khí. Trong đó hệ thống đánh lửa đóng vai trò quan trọng đến tính công nghệ của động cơ. Mà hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng cảm biến quang mang tính ưu việt nhất, đã nâng cao được đặc tính đánh lửa, tính kinh tế nhiên liệu cũng như công suất và tuổi thọ của động cơ. Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn đề tài này và rất mong nhận được sự ủng hộ của các quí thầy giáo trong khoa. 1.2. MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến quang ngày càng được sử dụng rộng rãi trên các đời xe, vì có những tính năng ưu việt hơn so với các hệ thống đánh lửa khác. Do đó để hiểu sâu về hệ thống này, chúng tôi nghiên cứu nguyên lý hoạt động đến cấu tạo từng bộ phận trong hệ thống này. Từ đó, nắm bắt được hệ thống đánh lửa trực tiếp cảm biến quang một cách rõ ràng và sâu sắc hơn. 1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Hệ thống đánh lửa đóng vai trò quyết định đến tính công nghệ của động cơ, là một bộ phận quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tiêu hao nhiên liệu, nồng độ khí thải.v.v... Do đó ngày càng có nhiều hệ thống đánh lửa ra đời mang tính đột phá công nghệ, ở đây chúng tôi nghiên cứu hệ thống đánh lửa trên xe Hyundai vì trên loại xe này sử dụng hệ thống đánh lửa trục tiếp sử dụng cảm biến quang . Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến quang có nhiều tính năng ưu việt hơn, đáp ứng được những yêu cầu công nghệ của động cơ. Do đó chúng tôi quyết định chọn hệ thống này để nghiên cứu và giới hạn trong phạm vi của hệ thống đánh lửa. 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu những vấn đề chung nhất của hệ thống đánh lửa từ đó đi sâu vào nghiên cứu hệ thống hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến quang trên xe Hyundai. Trên cơ sở lí thuyết chúng tôi đi sâu vào phân tích và rút ra những ưu điểm của hệ thống đánh lửa loại này để ứng dụng vào thực tiễn kĩ thuật.

Trang 2

SVTH: Đức Thành - Đình Trung - Quốc Công GVHD: Nguyễn Thành Tâm

ạo lí tôn sư trọng đạo luôn được dân tộc ta gìn giữ và phát huy từ bao đời nay Từ nhiều thế hệ học trò, từ lớp học giảng đường cho đến lối sống chúng ta luôn nhận được sự chỉ bảo và nâng niu của những thầy cô

Được sự chỉ đạo của Nhà trường, Khoa Cơ Khí - Trung tâm Công nghệ ôtô, đã phê duyệt cho chúng tôi những đồ án mang tính thực tiễn cao Cũng như đồ án về

hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến quang, ngày càng được sử dụng rộng rãi trên các đời xe vì có những tính năng ưu việt hơn các hệ thống đánh lửa khác

Từ đồ án này, giúp chúng tôi tìm hiểu một cách sâu hơn, cặn kẽ hơn Đó là những kiến thức bổ ích, trang bị cho chúng tôi khi tốt nghiệp cũng như hành trang cho nghề nghiệp sau này

Qua đây, nhóm chúng tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Nhà trường, quí thầy

cô đã tận tình giúp đỡ chúng tôi rất nhiều trong suốt thời gian qua

Cuối cùng, xin chúc quí thầy cô sức khỏe và thành công !

Nhóm thực hiện:

Phạm Đức Thành Phạm Đình Trung Trần Quốc Công

Tp HCM ngày 26/05/2007

Trang 3

MỤC LỤC

Trang Lời cảm ơn

Mục lục

Lời nói đầu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích chọn đề tài 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn 1

1.4 Đối tượng nghiên cứu 1

1.5 Nội dung nghiên cứu 2

1.6 Kế họach nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Lịch sử phát triển hệ thống đánh lửa 3

2.2 Lý thuyết đánh lửa trong động cơ xăng 3

2.2.1 Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 3

2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp 4

2.2 3 Quá trình phóng điện ở điện cực bougie 5

2.3 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa, ưu và nhược điểm hệ thống đánh lửa 6

2.3.1 Nhiệm vụ 6

2.3.2 Yêu cầu 7

2.3.3 Phân lọai 7

2.4 Hệ thống đánh lửa 8

2.4.1 Hệ thống đánh lửa thường(có vit điều khiển) 9

2.4.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 10

2.5 Các biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa 21

2.5.1 Biện pháp sử dụng điện trở phụ Rf 21

2.5.2 Chọn thông số của bobin 21

2.5.3 Biện pháp sử dụng tụ điện 22

2.6 Hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử ESA 26

2.7 Hiệu chỉnh góc ngậm điện trong hệ thống đánh lửa 24

2.8 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo chế độ làm việc của động cơ 26

2.8.1 Chế độ khởi động 26

Trang 4

2.8.2 Chế độ sau khởi động 26

2.8.3 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ 27

2.8.4 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo sự ổn định của động cơ ở chế độ cầm chừng 27

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP CẢM BIẾN QUANG 3.1 Nhiệm vụ và phân loại cảm biến quang 30

3.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang 32

3.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến quang sửdụng trên ôtô 32

3.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa cảm biến quang 34

3.4.1 Cấu tạo 34

3.4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn cảm biến quang 37

3.5 Sơ đồ và nguyên lý hoạt đọng của hệ thống đánh lửa điện tử sử dung cảm biến quang 38

3.5.1 Loại có Delco 38

3.5.2 Loại không có Delo (Trực tiếp) 38

Hình: Sơ đồ mạch tổng quát của Hyundai – Elentra 97

CHƯƠNG 4: CÁC HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA

4.1 Những hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng 42

4.2 Các phương pháp tìm Pan trên hệ thống 43

4.2.1 Mất tia lửa điện 43

4.2.2 Tia lửa yếu 44

4.2.3 Động cơ làm việc thiếu công suất 44

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 47

Trang 5

ự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ ô tô luôn đòi hỏi phải có nhiều phát minh mới trong các hệ thống Đặc biệt là hệ thống đánh lửa, nó đòi hỏi phải có nhiều cải thiện mới, để phát huy được tính tối ưu cho động cơ Lịch sử phát triển của ngành ô tô đã chứng minh được rằng hệ thống đánh lửa trong ô tô đã ảnh hưởng đến quá trình tiêu hao nhiên liệu, công suất động cơ…

Trên cơ sở đó hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng cảm biến quang trên xe Hyundai

đã đáp ứng được tính tối ưu mà trên ô tô cần thiết Để đi sâu hơn vào vấn đề này, nhóm đề tài chúng tôi đã nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết để hoàn chỉnh đồ án

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự phân công của Nhà Trường, Khoa Cơ Khí

và thầy hướng dẫn Nguyễn Thành Tâm đã giúp chúng tôi hoàn tất đồ án này

Trong quá trình thực hiện đề tài, không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được những chỉ dẫn của quý thầy và các ý kiến đóng góp của các bạn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 12/05/2007

Trang 6

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ta đã biết, trong động cơ xăng muốn hoạt động được thì cần phải có 3 hệ thống chủ yếu là: hệ thống đánh lửa, hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống nạp khí Trong đó hệ thống đánh lửa đóng vai trò quan trọng đến tính công nghệ của động

cơ Mà hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng cảm biến quang mang tính ưu việt nhất, đã nâng cao được đặc tính đánh lửa, tính kinh tế nhiên liệu cũng như công suất và tuổi

Do đó để hiểu sâu về hệ thống này, chúng tôi nghiên cứu nguyên lý hoạt động đến cấu tạo từng bộ phận trong hệ thống này Từ đó, nắm bắt được hệ thống đánh lửa trực tiếp cảm biến quang một cách rõ ràng và sâu sắc hơn

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Hệ thống đánh lửa đóng vai trò quyết định đến tính công nghệ của động cơ, là một bộ phận quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tiêu hao nhiên liệu, nồng

độ khí thải.v.v…

Do đó ngày càng có nhiều hệ thống đánh lửa ra đời mang tính đột phá công nghệ, ở đây chúng tôi nghiên cứu hệ thống đánh lửa trên xe Hyundai vì trên loại xe này sử dụng hệ thống đánh lửa trục tiếp sử dụng cảm biến quang

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến quang có nhiều tính năng ưu việt hơn, đáp ứng được những yêu cầu công nghệ của động cơ

Do đó chúng tôi quyết định chọn hệ thống này để nghiên cứu và giới hạn trong phạm vi của hệ thống đánh lửa

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu những vấn đề chung nhất của hệ thống đánh lửa từ đó đi sâu vào nghiên cứu hệ thống hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến quang trên xe

Hyundai

Trên cơ sở lí thuyết chúng tôi đi sâu vào phân tích và rút ra những ưu điểm của

hệ thống đánh lửa loại này để ứng dụng vào thực tiễn kĩ thuật

Trang 7

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp sưu tầm tài liệu

Phương pháp tính toán

Phương pháp so sánh

1.6 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU

Bắt đầu nghiên cứu từ ngày 11 tháng 03 năm 2007

Ngày 13 tháng 03 thầy hường dẫn duyệt đề cương

Ngày 01 tháng 04 trình thầy hướng dẫn xem và bổ sung lần 1

Ngày 08 tháng 04 trình thầy hướng dẫn xem và bổ sung lần 2

Ngày 10 tháng 04 duyệt đồ án lần 1

Ngày 26 tháng 05 nộp đề tài

Trang 8

2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

Với sự phát triển của ngành công nghệ ôtô, hệ thống đánh lửa đã cải thiện ngày một hoàn thiện hơn Vào thế kỉ 16, từ việc phát minh động cơ đốt ngoài thì hệ thống đánh lửa chưa được sử dụng nhưng đến thế kỉ 18 với sự ra đời của động cơ đốt trong thì hệ thống đánh lửa được sử dụng trong quá trình cháy sinh công của động

cơ Đến thế kỉ 19 vào những thập kỉ 80 - 90 hệ thống đánh lửa từng bước được cải thiện ngày một hoàn thiện hơn, từ đánh lửa sử dụng vít điều khiển cơ khí đến đánh lửa điện tử sử dụng cảm biến như cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm biến quang…và để giản đơn hơn thì hệ thống đánh lửa trực tiếp đã ra đời Hiện nay hệ thống đánh lửa trực tiếp được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các xe đời mới

2.2 LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG

Hệ thống đánh lửa trong động cơ sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí và sinh công ở thời điểm thích hợp ở cuối kỳ nén Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bougie, quá trình đánh lửa được chia làm ba giai đoạn: quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tích lũy năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện ở điện cực của bougie

2.2.1 Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp

Hình 2.2.1a: Sơ đồ hệ thống đánh lửa Trong đó:

R f: Đện trở phụ

R 1: Điện trở cuộn sơ cấp

L 1 , L 2 : Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của bobin

Bobin

Ic đánh lửa Cảm biến

Trang 9

T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa

Hình 2.2.1b: Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa.

Khi transistor công suất dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i1 từ (+) accu đến Rf L1 T mass Dòng điện i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L1 chống lại sự tăng của cường độ dòng điện Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp gần như không ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng của mạch sơ cấp Hiệu điện thế và cường độ dòng điện xuất hiện ở mạch thứ cấp không đáng kể nên

ta có thể coi như mạch thứ cấp hở Vì vậy ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương như ở hình 2.2.1b Ta có đồ thị tăng trưởng dòng sơ cấp i1

Hình 2.2.1c: Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp i 1

Đồ thị cho thấy độ tự cảm L1 của cuộn sơ cấp càng lớn thì tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp i1 càng giảm

2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp

Khi transistor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp của bobine sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15KV Æ 40KV Giá trị hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc rất nhiều thông số của mạch

Trang 10

Hình 2.2.2: Qui luật biến đổi của dòng điện sơ cấp i 1 và hiệu điện thế thứ cấp U 2m

Khi transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng 100V ÷ 300V

2.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bougie

Khi điện áp thứ cấp U2 đạt đến giá trị Udl, tia lửa điện cao thế sẽ xuất hiện giữa hai điện cực Tia lửa xuất hiện gồm hai thành phần: thành phần điện cảm và thành phần điện dung

Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích lũy trên mạch thứ cấp được qui ước bởi điện dung ký sinh C2 Tia lửa điện dung được đặc trưng bởi sự sụt

áp và tăng dòng đột ngột(dòng có thể đạt vài chục Amper) Mặc dù không lớn lắm nhưng công suất thoát ra bởi thành phần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rút ngắn nên có thể đạt hàng chục, có khi hàng trăm KW Tia lửa điện dung có màu xanh sáng kèm theo tiếng nổ lách tách đặc trưng

Trang 11

l 2 , A 300

t

a Thời gian tia lửa điện dung

b Thời gian tia lửa điện cảm

Hình 2.2.3: Qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U 2m và cường độ dòng điện

thứ cấp i 2 khi transistor cống suất ngắt

Do tia lửa xuất hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt U2m nên năng lượng của tia lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng phóng qua buogie Phần năng lượng còn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm Dòng qua bougie lúc này chỉ vào khoảng 20mA ÷ 40mA Hiệu điện thế giữa hai điện cực bougie giảm nhanh đến giá trị 400V ÷ 500V Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1000 lần thời gian tia lửa điện dung và thời gian này phụ thuộc vào loại bougie, khe hở bougie và chế độ làm việc của động cơ Tia lửa điện cảm có màu vàng tím, còn được gọi là đuôi lửa

2.3 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI, ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

Trang 12

2.3.2 Yêu cầu

Một hệ thống đánh lửa tốt phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động đủ lớn để phóng điện qua khe hở của bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ

- Tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hòa khí hoàn toàn

- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ làm việc của động cơ

- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong mọi điều kiện nhiệt

độ và độ rung xóc lớn

- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép

2.3.3 Phân loại

Hệ thống đánh lửa là bộ phận quan trọng không thể thiếu trong cấu tạo của động

cơ xăng Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô, hệ thống đánh lửa đã không ngừng được cải tiến, áp dụng những tiến bộ khoa học kĩ thuật nhằm hoàn thiện sự hoạt động của động cơ

Ngày nay, hệ thống đánh lửa cao áp được trang bị trên động cơ ôtô có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cấu tạo hoạt động, phương pháp điều khiển người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách sau:

● Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng: hệ thống đánh lửa điện cảm, hệ thống đánh lửa điện dung

● Phân loại theo phương pháp điều khiển cảm biến

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang…

● Phân loại theo phân bố điện áp

+ Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện

+ Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện

● Những năm gần đây hệ thống đánh lửa trực tiếp nói chung cũng như hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng cảm biến quang được sử dụng rộng rãi trên các xe đời mới nhờ có những ưu diểm sau:

+ Không có bộ chia điện, kết cấu gọn hơn

+ Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm mất mát năng lượng, giảm điện dung kí sinh, giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

+ Không có hiện tượng mòn mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp nên đảm bảo được năng lượng đến từng bugi

Trang 13

+ Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp trong hệ thống đánh lửa do hiện

tượng phóng điện mạch cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng

Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia thành 3 loại chính:

Loại 1: Sử dụng một bobin cho một bugi

Loại 2: Sử dụng một bobin cho một cặp bugi

Loại 3: Sử dụng một bobin cho 4 bugi Bên cạnh đó, hệ thống đánh lửa này có những nhược điểm như: Đối với hệ

thống đánh lửa sử dụng một bobin cho 4 bugi thì chiều đánh lửa trên 2 bugi cùng

cặp ngược chiều nhau dẫn đến hệ thống đánh lửa chênh nhau khoảng 1,5 ÷ 2KV

2.4 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

Sơ đồ khối cấu trúc và sơ đồ mạch cơ bản

Hình 2.4: Sơ đồ khối của hệ thống đánh lửa

Bougie

Điện trở phụ switch

Trang 14

2.4.1 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THƯỜNG( CÓ VÍT ĐIỀU KHIỂN)

Hiện nay, hệ thống này ít được sử dụng, chỉ còn sử dụng trên xe ôtô đời cũ

Hình 2.4.1: Sơ đồ nguyên lí hệ thống đánh lửa thường

Khi công tắt máy ở vị trí IG và cam bộ chia điện chưa đội thì có dòng chạy trong mạch sơ cấp từ: +accu → IG → diện trở phụ Rf → cuộn sơ cấp W1→ tiếp điểm KK’→ mass

Khi cam bộ chia điện đội thì dòng trong mạch sơ cấp mất đột ngột Khi đó từ trường do dòng điện trong mạch sơ cấp gây nên sẽ mất đi đột ngột, làm cảm ứng ra sức điện động cao thế trong cuộn thứ cấp W2 Điện thế cao áp này được đưa đến bộ chia điện và đến các bugi theo thứ tự thì nổ để làm nhiệm vụ đánh lửa đốt cháy hỗn hợp trong xylanh

Cũng vào lúc tiếp điểm chớm mở, trên cuộn sơ cấp sinh ra một sức điện động tự cảm, sức điện động này được nạp vào tụ C1 sẽ dập tắt tia lửa trên vít Khi vít đã mở

Trang 15

hẳn, tụ điện sẽ qua cuộn sơ cấp, dòng phóng của tụ có chiều ngược chiều với dòng

tự cảm khiến từ thông giảm đột ngột Như vậy, tụ C1 đóng vai trò làm tăng tốc độ biến thiên của từ thông tức nâng cao hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp và bảo vệ, tăng tuổi thọ của vít lửa

2.4.2 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA BÁN DẪN

Hệ thống đánh lửa bán dẫn được sử dụng rộng rãi trên các xe ôtô ngày nay vì loại này có ưu điểm là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực ở bugi, đáp ứng tối ưu các yêu cầu làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…Qua quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử được chế tạo và cải tiến với nhiều loại khác nhau song chúng được chia

Hình 2.4.2a1: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển

Khi cam không đội, tiếp điểm K đóng, sẽ xuất hiện dòng điện qua cực gốc của transistor theo mạch: +accu → SW → Rf → W1→ cực E → cực B→ Rb→ K→ - accu Rb là điện trở phân cực được tính toán sao cho dòng Ib vừa đủ để transistor công suất dẫn bão hòa Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch: +accu → SW→ Rf → W1→ cực E→ cực C→ mass Dòng điện này(Ib+Ic) tạo nên một năng lượng tích lũy trong từ trường trên cuộn sơ cấp của bobbin

Đến bộ chia điện

EB

Trang 17

Hình 2.4.2b1: Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với số xylanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh một thanh nam châm vĩnh cữu Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco Khi rotor quay, các răng cảm biến sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây Khe hở nhỏ nhất giữa răng cảm biến của rotor và

lõi thép từ vào khoảng 0,2 ÷ 0,5 mm

Khi rotor ở vị trí như hình 2.4.2b1, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0 Khi

răng cảm biến của rotor tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rotor và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh dần lên Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn dây sẽ tạo nên một sức điện động e (hình 2.4.2b2)

α

ω

d

d n k

.

Trong đó:

k: Hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở giữa lõi thép và răng cảm

biến của rotor

ω: Số vòng dây quấn trên lõi thép từ

n: Tốc độ quay của rotor

α

d

dΦ

: Độ biến thiên của từ thông trong lõi thép từ

Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường

bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0 (hình 5-29c) Khi rotor đi xa ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại (hình 5-29d) Hiệu điện thế sinh ra

ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ

Ở chế độ cầm chừng, hiệu điện thế rất nhỏ, chỉ vào khoảng 0,5V Ở tốc độ cao

nó có thể lên đến vài chục Volt

Trang 18

Hình 2.4.2b2: Nguyên lý làm việc của cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Hình 2.4.2 mô tả quá trình biến thiên của từ thông lõi thép và xung điện áp ở hai đầu ra của cuộn dây cảm biến Chú ý rằng, xung tín hiệu này khá nhọn

Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu

có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến sự sai lệch về thời điểm đánh lửa Tuy nhiên, xung điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đầu vào của Igniter phải sử dụng transistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu

Cảm biến điện từ loại nam châm quay:

Trang 19

1 Rôto nam châm ; 2 Lõi thép từ; 3 Cuộn dây cảm biến

Hình 2.4.2b3: Cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh

Trang 20

Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn Ở

chế độ cầm chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2V Xung điện áp có dạng như trên

Hình 2.4.2b4: Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ (HONDA)

Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor T 1

ngắt nên T 2 ngắt, T 3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass

Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp rơi trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T 1 dẫn, T 2 dẫn theo và T 3 sẽ ngắt Dòng qua

cuộn sơ cấp ở bobine bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện

T1

T2

T3

CD

R1

R2

R5IG/S

Cuộn cảm biến

Igniter

Bobin

Trang 21

∗ Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm quay

Hình 2.4.2b5: Sơ đồ cảm biến đánh lửa bán dẫn loại nam châm quay Nguyên lý của hệ thống đánh lửa:

Transitor T4 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bobine Các transitor

T1, T2, T3 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của của cảm biến đánh lửa, vì biên độ

điện áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T 3

Khi khoá điện KĐ đóng và rotor của cảm biến không quay thì T 1 khoá vì điện thế ở hai cực phát và cực gốc bằng nhau(Ueb = 0) Khi đó điện thế ở cực gốc T 2 cao

hơn điện thế ở cực phát, tức là Ueb > 0, nên xuất hiện dòng điện điều khiển: (+)

Accu > KĐ > R > D5 >R6 > điểm a > D3 > cực gốc T2 > R3 > R9 )Accu Do vậy T2 mở làm cho T3 mở; đồng thời xuất hiện dòng điện điều khiển T4chạy qua tiếp giáp phát – góp T3 kích cho T4 mở Khi T4 dẫn, điện trở của nó rất nhỏ, do đó hầu như toàn bộ dòng điện sơ cấp của biến áp đánh lửa sẽ qua T4 theo mạch: (+)Accu > KĐ > cuộn sơ cấp bobine > D6 > tiếp giáp phát – góp của

>(-T4 > (-)Accu Dòng điện sơ cấp tạo nên từ thông trong lõi thép của bobine

Khi rotor cảm biến quay, trong cuộn dây của nó phát ra những xung điện xoay chiều Nửa xung dương sẽ tạo nên dòng điện điều khiển transitor T1 như sau: từ

a

Trang 22

cuộn dây cảm biến >D1 > R7 > tiếp giáp E-B của T1 > (-)Accu và T1 mở Khi

T1 mở, điểm a coi như được nối với (-)Accu vì độ sụt áp trên T1 lúc này không đáng

kể Khi đó cực B của T2 được nối với điện thế âm qua D3 nên T2 khoá, đồng thời T3,

T4 cũng khoá theo nên dòng điện sơ cấp của bobine bị triệt tiêu nhanh chóng, dẫn tới sự biến thiên từ thông và sinh ra sức điện động lớn (đến 30 kV) trong cuộn dây thứ cấp của bobine Xung điện cao áp này tạo nên tia lửa điện ở bougie để đốt cháy hỗn hợp nổ trong xilanh động cơ

* Cảm biến Hall:

Hiệu ứng Hall:

Một tấm bán dẫn loại P (hoặc N) có kích

thước như hình vẽ được đặt trong từ trường đều

B sao cho vectơ cường độ từ trường vuông góc

với bề mặt của tấm bán dẫn (hình 2.4.2b6) Khi

cho dòng điện I v đi qua tấm bán dẫn có chiều từ

trái sang phải, các hạt điện tử đang dịch chuyển

với vận tốc v trong tấm bán dẫn sẽ bị tác dụng

bởi lực Lawrence F L có chiều hướng từ dưới lên

trên

v B q

FL =

Nếu vectơ B vuông góc với vectơ v ta có

thể viết:

F L = q.B.v

Trong đó: q là điện tích của hạt điện tử

Như vậy, dưới tác dụng của lực Lawrence, các hạt điện tử sẽ bị dồn lên phía trên

của tấm bán dẫn khiến giữa hai bề mặt A1 và A2 xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu

Sự xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu này tạo ra một điện trường E giữa hai bề mặt

A1 và A2 ngăn cản quá trình dịch chuyển của các hạt điện tử, các hạt điện tử này sẽ

chịu tác dụng của lực Culông F c

Trang 23

⇒a

a =

Thế (2.4.2) vào (2.4.3) ta được:

d q

I B

U H

.

ρ

=

Điện thế U H chỉ vào khoảng vài trăm mV Nếu dòng điện I v được giữ không đổi

thì khi thay đổi từ trường B, điện thế U H sẽ thay đổi Sự thay đổi từ trường làm thay

đổi điện thế U H tạo ra các xung điện áp được ứng dụng trong cảm biến Hall Hiện tượng vừa trình bày trên được gọi là hiệu ứng Hall (là tên của người đã khám phá ra hiện tượng này)

Cảm biến Hall:

Do điện áp U H rất nhỏ nên trong thực tế, để điều khiển đánh lửa người ta phải khuyếch đại và xử lý tín hiệu trước khi đưa đến Igniter Hình 5-34a là sơ đồ khối của một cảm biến Hall Cảm biến Hall được đặt trong delco, gồm một rôto bằng thép có các cánh chắn và các cửa sổ cách đều nhau gắn trên trục của delco Số cánh chắn sẽ tương ứng với số xylanh của động cơ Khi rotor quay, các cánh chắn sẽ lần lượt xen vào khe hở giữa nam châm và IC Hall (hình 2.4.2b7)

Trang 24

1 Phần tử Hall; 2 Ổn áp ; 3 Op – Amp; 4 Bộ xử lý tín hiệu

Hình 2.4.2b7: Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall

Hình 2.4.2b8: Cấu tạo delco với cảm biến Hall

Để khảo sát hoạt động của cảm biến Hall, ta xét hai vị trí làm việc của rotor ứng với khe hở IC Hall (hình 2.4.2b8) Khi cánh chắn ra khỏi khe hở giữa IC Hall và nam châm, từ trường sẽ xuyên qua khe hở tác dụng lên IC Hall làm xuất hiện điện

áp điều khiển transistor Tr, làm cho Tr dẫn Kết quả là trên đường dây tín hiệu (cực C), điệp áp sẽ giảm xuống chỉ còn 1V (hình 2.4.2b8) Khi cánh chắn đi vào khe hở giữa nam châm và IC Hall (hình 2.4.2b8) từ trường bị cánh chắn bằng thép khép kín, không tác động lên IC Hall, tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm transistor Trngắt Tín hiệu điện áp ra lúc này bằng điện áp từ Igniter nối với ngõ ra của cảm biến Hall

H

E

P

M 12V

SUPPLY LINE SIGNAL LINE

Trang 25

Hình 2.4.2b10: Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

Như vậy, khi làm việc cảm biến Hall sẽ tạo ra một xung vuông làm tín hiệu đánh lửa Bề rộng của cánh chắn xác định góc ngậm điện (Dwell Angle) (hình 4.2.2b10) Do xung điều khiển là xung vuông nên không ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa

∗ Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dùng cảm biến Hall

Igniter của hệ thống bao gồm 6 đầu dây, một đầu nối mass, ba đầu nối với cảm biến Hall, một đầu nối dương sau công tắc chính (IGSW) và một đầu nối với âm bobine

Sơ đồ mạch điện và đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa tín hiệu xung điện áp của cảm biến Hall và sự tăng trưởng của dòng sơ cấp qua bobine được trình bày trên

VH

t

t i1 ing

Trang 26

đầu vào đảm bảo cho Igniter làm việc chính xác Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắc lộn cực accu còn diode D3 có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thế nguồn cung cấp quá lớn như trường hợp tiết chế của máy phát bị hư

Khi đầu dây tín hiệu của cảm biến Hall có điện áp ở mức cao, tức lúc cánh chắn bằng thép xen giữa khe hở trong cảm biến Hall, làm T1 dẫn Khi T1 dẫn, T2 và T3dẫn theo Lúc này dòng sơ cấp i1 qua W1, qua T3 về mass tăng dần Khi tín hiệu điện từ cảm biến Hall ở mức thấp, tức là lúc cánh chắn bằng thép ra khỏi khe hở trong cảm biến Hall, transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo Dòng sơ cấp i 1 bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp W2 một điện áp cao tạo tia lửa điện ở bougie

Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W1 đặt

vào mạch khi T2, T3 ngắt Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn do rút dây cao áp ra quá xa chẳng hạn, R5, R6, D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại để

giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor Diode Zener D5 có tác dụng bảo vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bobine

D1

D4R1 R2

Trang 27

Khi động cơ làm việc ở tốc độ cao, thời gian tích lũy năng lượng ngắn nên Inggiảm → nhiệt độ tỏa ra trên Rf giảm → Rf giảm → Ing tăng → U2m tăng

1 Có điện trở phụ Rf

2 Không có điện trở phụ Rf

Hình 2.5.1: Đặc tuyến đánh lửa

2.5.2 Chọn thông số của bô bin

Hiệu điện thế U2m phụ thuộc vào số vòng quay động cơ Nhưng giá trị U2m phụ thuộc vào giá trị dòng điện sơ cấp khi transitor công suất ngắt (Ing) Sự phụ thuộc vào giá trị dòng điện sơ cấp của

Ing và U2m vào số vòng quay

động cơ được biêủ diễn như sơ

đồ sau:

Để đảm bảo dòng Ing lớn khi

động cơ chạy ở tốc độ cao, ta

phải tăng tốc độ tăng trưởng

dòng sơ cấp

U2m(KV)

n (min

-1)n2ma n1ma

1

2

L1

(min -1 ) n

U 2m

(KV)

L’1 < L1

Hình 2.5.2: Sự phụ thộc của U 2m vào số vòng quay động cơ

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	1,49 MB